Corrosion in Hard Drawn Alu

8/18/2019 Corrosion in Hard Drawn Alu

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S c r i p t a M E T A L L U R G I C A V o l. 2 1, p p. 7 6 5 - 7 70 , 1 9 8 7 P e r g a m o n J o u r n a l s , L t d

P r i n t e d i n t h e U . S . A . A l l r i g h t s r e s e r v e d

A N E L E C T R O N M I C R O S C O P Y I N V E S T I G A T I O N I N TO T HE C O R R O S I O N

P E R F O R M A N C E O F H A R D D R A W N A L U M I N I U M W I R E S

D . T . H u g h e s

T h e E l e c t r i c i t y C o u n c i l R e s e a r c h C e n t r e

C a p e n h u r s t

N r . C h e s t e r

( R e c e i v e d N o v e m b e r 2 2, 1 9 86 )

( R e v i s e d M a r c h 2 4, 1 9 8 7 )

I n t r o d u c t i o n

H a r d d r a w n a l u m i n i u m w i r e s , w h i c h a r e u s e d i n s t e e l r e i n f o r c e d c o n d u c t o r s ,

a r e of g r e a t i m p o r t a n c e i n t h e o v e r h e a d l i n e t r a n s m i s s i o n a n d d i s t r i b u t i o n

s y s t e m o p e r a t e d b y t h e E l e c t r i c i t y S u p p l y I n d u s t r y i n t h e U . K. C o n s e q u e n t l y

i t is n e c e s s a r y t o u n d e r s t a n d t h e i r p r o p e r t i e s i n d e t a i l , t h e w o r k r e p o r t e d

h e r e i s a s t u d y o f t h e r e l a t i o n o f t h e i r d e t a i l e d m e t a l l u r g i c a l s t r u c t u r e

t o th e i r m a c r o s c o p i c c o r r o s i o n b e h a vi o u r .

T h e s p e c i f i c a t i o n ( l ) w h i c h t h e s e a l u m i n i u m w i r e s m u s t s a t i s f y r e qu i r e s c e r t a i n

m i n i m u m v a l u e s o f U . T. S . a n d c o n d u c t i v i t y a n d s a t i s f a c t o r y d u c t i l i t y a s

m e a s u r e d b y a w r a p te s t . O t h e r p r o p e r t i e s o f p o t e n t i a l s i g n i f i c a n c e , i n c l u d i n g

c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e a r e n o t s p e c i f i e d . I t h a s b e e n r e p o r t e d p r e v i o u s l y

t h a t w i t h i n t h e r a n g e of a l u m i n i u m w i r e s p r o d u c e d f o r o v e r h e a d c o n d u c t o r s ,

a l l o f w h i c h s a t i s f y B . S. 2 6 2 7 , a c o n s i d e r a b l e s p r e a d of c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e

e x i s t s ( 2 ) . I n t h i s e a r l i e r w o r k so m e i n v e s t i g a t i o n o f t h e m i c r o s t r u c t u r e s

w a s c a r r i e d o u t a n d a c o r r e l a t i o n b e t w e e n s t r u c t u r e a n d c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e

w a s o b s e r v e d . I n t h e p r e s e n t w o r k a m o r e d e t a i l e d e x a m i n a t i o n o f t h e d i f f e r e n t

s t r u c t u r e s h a s b e e n u n d e r t a k e n a n d t h i s h as b e e n r e l a t e d t o t h e c o r r o s i o n

b e h a v i o u r .

E x p e r i m e n t a l D e t a i l s

T h e m a t e r i a l s u n d e r c o n s i d e r a t i o n w e r e n o m i n a l l y p u r e a l u m i n i u m w i r e s , ( t he

o n l y s i g n i f i c a n t i m p u r i t y b e i n g a p p r o x i m a t e l y 0 . 1 % i r on ) o f 2 . 7 9 m m d i a m e t e r

p r o d u c e d f o r u s e i n o v e r h e a d c o n d u c t o r s . T w o s a m p l e s , 'A' a n d 'B' w e r e

s t u d i e d . T h e s e w e r e e x a m p l e s o f t h e t w o e x t r e m e s o f c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e

p r e v i o u s l y m e a s u r e d ( 2 ) , 'A' b e i n g t h e b e s t a n d 'B' t h e w o r s t . T h e r e l a t i v e

c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e o f t he s e wi r e s w a s e s t a b l i s h e d b y p o t e n t i o k i n e t i c p i t t i n g

t e s t s a n d b y e x p o s u r e i n l a b o r a t o r y g a l v a n i c a n d d i f f e r e n t i a l a e r a t i o n c e ll s .

T h e d i f f e r e n c e i n p i t t i n g p r o t e c t i o n p o t e n t i a l b e t w e e n 'A' a n d 'B' w a s f o u n d

t o b e 4 5 mY , a n d t h e r e w a s a s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e i n t h e i r p e r f o r m a n c e i n

t h e l o n g e r t e r m i n - c e l l t e s t s w h i c h w a s m o n i t o r e d b y m e a s u r i n g t h e

d e t e r i o r a t i o n o f t h e i r m e c h a n i c a l p r o p e r ti e s .

I n t h e e a r l i e r w o r k d i f f e r e n t g r a i n a n d s u b g r a i n s t r u c t u r e s w e r e o b s e r v e d

t o b e r e l a t e d t o t h e d i f f e r e n c e i n c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e . I n p a r t i c u l a r ,

s a m p l e s w i t h w e l l d e v e l o p e d s u b g r a i n s p e r f o r m e d b e t t e r t h a n s a m p l e s w h o s e

m a i n f e a t u r e w a s e l o n g a t e d g r a i n s w i t h l es s c l e a r l y d e v e l o p e d s u b g r a i n s .

F i g u r e 1 s h o w s l o n g i t u d i n a l s e c t i o n s o f w i r e s a m p l e s w i t h t he t wo d i f f e r e n t

s t r u c t u r e s . I t w a s t h e r e f o r e d e c i d e d t o c a r r y o u t s o m e d e t a i l e d c o m p a r i s o n s

o f t h e s e t w o s t r u c t u r e s , i n p a r t i c u l a r t o c o m p a r e t h e g r a i n a nd s u b g r a i n

b o u n d a r i e s w h i c h a r e t he d o m i n a n t s t r u c t u r a l f e a t u r e s .

T h e m o s t s a t i s f a c t o r y m e a n s o f i n v e s t i g a t i n g t h e a n g u l a r r e l a t i o n s h i p b e t w e e n

n e i g h b o u r i n g g r a i n s a n d s u b g r a i n s , b e a r i n g i n m i n d t h e d i f f i c u l t i e s o f w o r k i n g

w i t h s u c h a f i n e s t r u c t u r e ( g r a i n s a n d s u b g r a i n s l e s s t h a n l ~m a c r o s s ) w a s

765

0 0 3 6 - 9 7 4 8 / 8 7 3 . 0 0 + . 00

C o p y r i g h t (c ) 1 9 8 7 P e r g a m o n J o u r n a l s L t d .


2/6

7 6 6 C O R R O S I O N ~0F A 1 W I R E S V o l . 2 1 , N o . 6

t o c o m p a r e t h e a n g u l a r r o t a t i o n o f s e l e c t e d a r e a d i f f r a c t i o n p a t t e r n s t a k e n

f r o m o n e o r m o r e g r a i n s i n a s a m p l e p r e p a r e d f r o m a t r a n s v e r s e s e c t i on .

T h i s i s a u s e f u l a p p r o a c h b e c a u s e o f t h e s t r o n g [ ii i] f i b r e t e x t u r e d e v e l o p e d

i n a l u m i n i u m d u r i n g w i r e d r a w i n g ( 3 ) w h i c h i f p e r f e c t w o u l d r e s u l t i n a l l

t h e g r a i n a n d s u b g r a i n b o u n d a r i e s b e i n g [ ii i] t w i s t o r t i l t b o u n d a r i e s .

I n s u c h a c a s e i f v i e w e d w i t h t h e EB p a r a l l e l t o t h e w i r e a x i s n e i g h b o u r i n g

g r a i n s o r s u b g r a i n s w i l l a l l g i v e s i m i l a r [ ii i] d i f f r a c t i o n p a t t e r n s , t h e

o n l y d i f f e r e n c e b e i n g t h a t t h e p a t t e r n s f r o m a n y t w o w i l l b e r o t a t e d r e l a t i v e

t o o n e a n o t h e r b y a n a n g l e e q u a l t o t h e a n g l e o f t h e [ i ii ] t i l t b o u n d a r y

s e p a r a t i n g t h e m. T h e r e f o r e b y a d o p t i n g t hi s a p p r o a c h a m e a s u r e of t h e a n g l e

b e t w e e n t w o g r a i n s o r s u b g r a i n s c a n b e a c h i e v e d.

S e v e r a l s e l e c t e d a r e a a p e r t u r e s w e r e u s e d i n o r d e r t o c o m p a r e d i f f r a c t i o n

p a t t e r n s f r o m a r e a s b e t w e e n 5 ~ m a n d 0 . 5 ~ m d i a m e t e r . I n a d d i t i o n b y u s i n g

t h e s m a l l e s t s e l e c t e d a r e a a p e r t u r e i t wa s p o s s i b l e t o a c h i e v e a p a t t e r n

f r o m a n a r e a i n c l u d i n g j u s t t wo g r a i n s o r s u b g r a i n s a n d t h e i r d i v i d i n g

b o u n d a r y . I n s u c h c a s e s w h e r e b o t h g r a i n s g a v e [ ii i] p a t t e r n s , a m e a s u r e

o f b o u n d a r y a n g l e w a s d i r e c t l y o b t a i n e d f r o m th e a n g u l a r d i s p l a c e m e n t o f

t h e t w o p a t t e r n s a s e x p l a i n e d a b o v e. B y c a r r y i n g ou t t h i s t y p e o f

i n v e s t i g a t i o n a d e t a i l e d c o m p a r i s o n o f t h e t w o s t r u c t u r e s w a s ac h i e v e d .

F o r b o t h m a t e r i a l s t e n s a m p l e s w e r e p r e p a r e d , s e v e r a l a r e a s w e r e s t u d i e d

i n e a c h s a m p l e , a p p r o x i m a t e l y f i f t y i n t o t a l.

S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y w a s a l s o e m p l o y e d t o lo o k a t t h e s t r u c t u r e i n s i d e

c o r r o s i o n p i t s d e v e l o p e d o n p o l i s h e d l o n g i t u d i n a l s e c t i o n s o f t h e w i r e s .

R e s u l t s

(i) T r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y

M a t e r i a l A T h i s i s t h e m a t e r i a l t h a t h a d p r e v i o u s l y b e e n f o u n d t o h a v e

t h e b e s t c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e , a n d a h i g h l y w o r ke d , w e l l d e v e l o p e d s u b g r a i n

s t r u c t u r e , a s s h o w n in t h e l o n g i t u d i n a l s e c t i o n i n F i g u r e l a. T h e s t r u c t u r e

a s v i e w e d i n a t r a n s v e r s e s e c t i o n ( F i g u r e 2a ) a g a i n r e v e a l s a w e l l d e v e l o p e d ,

a n d fi n e g r a i n a n d s u b g r a i n s t r u c t u r e. A m e a s u r e o f g r a i n / s u b g r a i n s i z e

w a s m a d e b y c a l c u l a t i n g t h e a v e r ag e i n t e r c e p t d i s t a n c e f r o m m a n y s i m i la r

m i c r o g r a p h s , a f i g u r e o f 0 . 3 ~ m ~ 0 . 02 w a s o b t a i n e d .

D i f f r a c t i o n p a t t e r n s t a k e n w i t h d i f f e r e n t s i z e d s e l e ct e d a r e a a p e r t u r e s i n

p l a c e a l l r e v e a l e d s t r o n g p r e f e r r e d o r i e n t a t i o n s w i t h a [i ii ] d i r e c t i o n

p a r a l l e l t o t h e w i r e a x is . T h e m i c r o g r a p h a n d d i f f r a c t i o n p a t t e r n s i n F i g u r e

2 a r e t y p i c a l o f a ll t h e a r e a s e x a m i n e d . T h e s e r e s u l t s g a v e b o t h a g o o d

i m p r e s s i o n o f t he g e n e r a l o r i e n t a t i o n o f t h e m a t e r i a l a n d a l s o a m e a s u r e

o f s o m e o f t h e g r a i n b o u n d a r y a n g l e s . T h e g r a i n o r s u b g r a i n b o u n d a r y a n g l e s

d e r i v e d f r o m t h e s e l e c t e d a r e a d i f f r a c t i o n p a t t e r n w e r e m o s t l y l e s s t h a n

5 ° a n d i n m a n y c a s e s a s l i t t l e a s 2 o r 3 ° . C l e a r l y t h e m a t e r i a l i s h i g h l y

o r i e n t a t e d c o n s i s t i n g a l m o s t e n t i r e l y o f s m a l l g r a i n s a n d s u b g r a i n s a l i g n e d

w i t h a [ ii i] d i r e c t i o n a l o n g t h e a x i s o f t h e w i r e , w i t h l o w a n g l e b o u n d a r i e s

b e t w e e n t h e m .

M a t e r i a l B T h i s is t h e m a t e r i a l t h a t h a d p r e v i o u s l y b e e n f o u n d t o h a v e

t h e w o r s t c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e , a n d a l e s s h e a v i l y w o r k e d , l e s s w e l l d e v e l o p e d

s u b g r a i n s t r u c t u r e ( F i g u r e i b) . A m i c r o g r a p h f r o m a t r a n s v e r s e s e c t i o n i s

s h o w n in F i g u r e 3 a. T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e s t r u c t u r e s of m a t e r i a l s A

a n d B i s l e s s a p p a r e n t i n t r a n s v e r s e s e c t i o n t h a n i n t h e e a r l i e r l o n g i t u d i n a l

s e c t i o n s , h o w e v e r a d i f f e r e n c e i n g r a i n / s u b g r a i n s i z e w a s a p p a r e n t f r o m t h e

m e a s u r e m e n t o f a v e r a g e i n t e r c e p t d i s t a n c e , f o r B t h i s w a s fo u n d t o b e 0 . 4 4 ~ m

0 . 02 , w h i c h i s s i g n i f i c a n t l y g r e a t e r t h a n f o r m a t e r i a l A .

S e l e c t e d a r e a d i f f r a c t i o n s t u d i e s s i m i l a r t o t h o s e w i t h m a t e r i a l A a l s o

r e v e a l e d d i f f e r e n c e s i n o r i e n t a t i o n s o f t h e m a t e r i a l s . I n m a t e r i a l B s o m e

a r e a s w e r e f o u n d t h a t ga v e r e s u l t s s i m i l a r t o t h o s e o f m a t e r i a l A , i . e.

a s t r o n g p r e f e r r e d o r i e n t a t i o n w i t h t h e [ ii i] d i r e c t i o n p a r a l l e l t o th e w i r e

a x i s. H o w e v e r i n o t h e r a r e a s d i f f r a c t i o n p a t t e r n s o b t a i n e d w i t h s e l e c t e d

a r e a a p e r t u r e o f 2 o r 5 ~m , g a v e a c o n f u s i n g a p p a r e n t l y r a n d o m m i x t u r e o f

s p ot s , i n d i c a t i n g a m i x t u r e o f m o r e c o m p l e x a n d l e ss e a s i l y i n t e r p r e t e d

o r i e n t a t i o n s . ( F i g u re 3b ). W i t h i n s u c h a r e a s i t w a s p o s s i b l e t o o b t a i n


3/6

V o l . 2 1, N o . 6 C O R R O S I O N O F A 1 W I R E S 7 6 7

s p e c i f i c p a t t e r n s f r o m s o m e of th e i n d i v i d u a l g r a i n s o r s u b g r a i n s i n d i c a t i n g

l o w i n d e x o r i e n t a t i o n o t h e r t h a n [ i i i] , i . e. [ 1 12 ] o r [ 12 2 ], a l t h o u g h m a n y

o t h e r f n d i v i d u a l g r a i n s o r s u b g r a i n s d i d n ot g iv e s i m p l e p a t t e r n s r e l a t i n g

t o l o w i n d e x o r i e n t a t i o n .

T h e t w o d i f f e r e n t t y p e s o f a r e a i . e . t h o s e w i t h a h i g h d e g r e e o f [ ii i ]

o r i e n t a t i o n a n d t h o se w i t h ou t , a p p e a r e d t o b e r a n d o m l y d i s t r i b u t e d t h r o u g h o u t

t h e m a t e r i a l , a n d t y p i c a l l y e a c h i n d i v i d u a l a r e a w a s o n l y a p p r o x i m a t e l y 5 ~ m

a c r o s s .

B y v a r y i n g t h e c o n d i t i o n s d u r i n g t h e e l e c t r o c h e m i c a l t h i n n i n g s t a g e of t he

s p e c i m e n p r e p a r a t i o n , s a m p l e s w e r e p r e p a r e d w h i c h h a d s u f f e r e d s o m e p i t t i n g .

S t u d y i n g t h o s e i n t h e t r a n s m i s s i o n m i c r o s c o p e i t w a s p o s s i b l e t o i d e n t i f y

s i t e s at w h i c h p i t t i n g h a d b e e n i n i t i a t e d . D o i n g t h is f or a s a m p l e c o n t a i n i n g

b o t h t y p e s o f s t r u c t u r e , h i g h l y [ ii i] o r i e n t a t e d a n d m i x e d a r e a s , i t w a s

n o t i c e a b l e t h a t p i t s w e r e i n i t i a t e d e x c l u s i v e l y i n a r e a s o f m i x e d o r i e n t a t i o n .

A n a l y s i s u s e d i n c o n j u n c t i o n w i t h S . T . E . M . i m a g e s d i d n o t r e v e a l a n y

s i g n i f i c a n t c o n c e n t r a t i o n o f i m p u r i t i e s a s s o c i a t e d w i t h p i ts o r a n y

m i c r o s t r u c t u r a l f e a t u r e s . I n a l l s p e c i m e n s o c c a s i o n a l i r o n r i c h p r e c i p i t a t e s ,

o f t he o r d e r o f 0 . 1 ~ m i n s i ze , w e r e o b s e r v e d .

( ii ) S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y

P o l i s h e d l o n g i t u d i n a l s e c t i o n s we r e s u b j e c t e d t o p o t e n t i o d y n a m i c s w ee p s,

a n d i n d i c a t e d s i m i l a r d i f f e r e n c e s i n p i t t i n g p o t e n t i a l a s p r e v i o u s m e a s u r e m e n t s

o n c o m p l e t e w i r e s ( 2 ) . M a t e r i a l A g a v e a p i t t i n g p o t e n t i a l 4 0 - 4 5 m V l e s s

n e g a t i v e t h a n M a t e r i a l B

F o l l o w i n g t h e p i t t i n g s e q u e n c e t h e p o l i s h e d s u r f a c e s w e r e e x a m i n e d i n t h e

S . E . M . A t y p i c a l p i t i s s h o w n i n F i g u r e 4. T h e s t r u c t u r e i n s i d e t h e p i t

s t r o n g l y r e s e m b l e s t h e g r a i n s t r u c t u r e o b s e r v e d i n t h e m i x e d o r i e n t a t i o n

r e g i o n s b y t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y o f l o n g i t u d i n al s e c ti o n s,

p a r t i c u l a r l y i n t h e c a s e o f M a t e r i a l B , F i g u r e l b.

A n a l y s i s i n a n d a r o u n d t h e s e a n d s i m i l a r p i t s d i d no t r e v e a l c o n c e n t r a t i o n

o f a n y i m p u r i t i e s a s s o c i a t e d w i t h t h e m .

D i s c u s s i o n

T h e t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y h a s i n d i c a t e d a s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e

i n t h e d e t a i l e d s t r u c t u r e a n d o r i e n t a t i o n o f t h e t W O m a t e r i a l s . M a t e r i a l

A c o n s i s t s t o t a l l y o f s m a ll g r a i n s a n d s u b g r a i n s w i t h a h i g h d e g r e e o f

[ i ii ] o r i e n t a t i o n s , w i t h l o w a n g l e ( u s u a l l y l e s s t h a n 5 ° ) t w i s t o r t i l t

b o u n d a r i e s . M a t e r i a l B i s l e s s u n i f o r m c o n s i s t i n g o f a r e a s w i t h s t r u c t u r e

a n d o r i e n t a t i o n s i m i l a r to t h a t o f m a t e r i a l A m i x e d w i t h a r e as w h e r e t h e

s t r u c t u r e i s m o r e c o m p l e x . I n t h e s e m o r e c o m p l e x a r e a s t h e n a t u r e o f t h e

g r a i n a n d s u b g r a i n b o u n d a r i e s i s le s s e a s i l y a n a l y s e d b u t p r e s u m a b l y t h e y

a r e of h i g h e r a n g l e a n d g e o m e t r i c a l l y m o r e c o m p l e x t h a n t h e [ ii i] t w i s t a n d

t i l t b o u n d a r i e s p r e v i o u s l y d i s c u s s e d .

T h i s d i f f e r e n c e i n d e t a i l e d s t r u c t u r e c o r r e l a t e s w i t h t h e d i f f e r e n c e s i n

c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e p r e v i o u s l y m e a s u r e d , i n t h e p r e s e n t w o r k t he a r e a s

o f m i x e d o r i e n t a t i o n h a v e b e e n o b s e r v e d t o b e m o r e s u s c e p t i b l e t o p i t t i n g

t y p e a t t a c k . T h e s i g n i f i c a n c e o f t h e g r a i n b o u n d a r i e s h a s b e e n f u r t h e r

h i g h l i g h t e d b y t h e o b s e r v a t i o n o f t h e s t r u c t u r e i n s i d e p i t s w h i c h s t r o n g l y

r e s e m b l e s t h e g r a i n s t r u c t u r e a n d i n d i c a t e s t h a t t h e d i s s o l u t i o n i s

i n t e r g r a n u l a r .

T h e s i g n i f i c a n c e o f th e g r a i n b o u n d a r i e s i n c o r r o s i o n p r o c e s s e s h a s b e e n

w i d e l y s t u d i e d , a r e v i e w o f m u c h o f t h i s w o r k i s i n c l u d e d i n r e f e r e n c e 4.

B r i e f l y t h e e f f e c t s a s s o c i a t e d w i t h g r a i n b o u n d a r i e s a r e a t t r i b u t e d e i t h e r

t o th e i n h e r e n t a n o d i c n a t u r e o f g r a i n b o u n d a r i e s o r t o t h e e f f e c t s o f

c o n c e n t r a t i o n s o f a l l o y i n g o r i m p u r i t y a t o m s a t o r a r o u n d b o u n d a r i e s . T h e

e n e r g y o f a p a r t i c u l a r g r a i n b o u n d a r y i n c r e a s e s r a p i d l y a s t h e a n g l e of

m i s m a t c h a c r o s s i t i n c r e a s e s u p t o a p p r o x i m a t e l y 2 0 ° , a f t e r w h i c h i t r e m a i n s

f a i r l y c o n s t a n t ( 5 ) . A t y p i c a l v a l u e o f t h e e n e r g y of a h i g h an g l e b o u n d a r y


4/6

7 6 8 C O R R O S I O N O F A I W I R E S V o l . 2 1 , N o . 6

> 20 ° ) is 0 . 5 J / m 2. C o r r e s p o n d i n g t o t h i s s o m e o b s e r v a t i o n s h a v e b e e n m a d e

t h a t a s t h e an g l e o f a b o u n d a r y i n c r e a s e s i t s s u s c e p t i b i l i t y t o p r e f e r e n t i a l

c o r r o s i o n a t t a c k i n c r e a s e s 6 ) . I n s o m e ca s e s i t h a s b e e n f o u n d t ha t a c r i t i c a l

v a l u e o f a n g le , a n d t h e r e f o r e e n e r g y , e x i s t s w h i c h m u s t b e e x c e e d e d b e f o r e

p r e f e r e n t i a l a t t a c k o c c ur s .

I n t h e p r e s e n t c a s e t h e r e a r e t h e r e f o r e t w o p o s s i b l e c a u s e s f o r th e d i f f e r e n t

c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e o f t h e t w o t y p e s of m a t e r i a l w h i c h h a v e t o be c o n s i d e r e d .

F i r s t l y t h a t a r e a s w i t h h i g h a n g le , a n d t h e r e f o r e h i g h e ne r g y , b o u n d a r i e s

p r o v i d e s i t e s w h i c h a r e i n h e r e n t l y m o r e a n o d i c a nd t h e r e f o r e m o r e s u s c e p t i b l e

t o p i t t i n g i n i t i a t i o n . S e c o n d l y a r e a s w i t h h i g h a n g l e b o u n d a r i e s a r e m o r e

l i k e l y t o p r o v i d e a t t r a c t i v e s i t e s f o r i m p u r i t y a t o m s w h i ch , i n t h e p r e s e n t

c a s e ar e m o s t l y l i k e l y t o b e i r o n a t o m s . S e g r e g a t i o n o f i r o n in a l u m i n i u m

i s k n o w n t o c a u s e e n h a n c e d p i t t i n g b y d e p o l a r i s i n g t h e c a t h o d e r e a c t i o n 7 ) .

I n b o t h t h e p r e s e n t w o r k a n d t h e e a r l i e r s t u d i e s S . E .M . a n d S . T . E . M. w i t h

e n e r g y d i s p e r s i v e x - r a y a n a l y s i s h a v e b e e n e m p l o y e d t o i n v e s t i g a t e t h e

p o s s i b i l i t y o f ir o n s e g r e g a t i o n in t h e s e m a t e r i a ls . N o d i f f e r e n c e s b e t w e e n

t h e m a t e r i a l s h a v e b e e n o b s e r v e d , t h o u g h i n b o t h m a t e r i a l s o c c a s i o n a l s m a l l

0 . 1 ~m ) i r o n r i c h p r e c i p i t a t e s w e r e o b s e r v e d . T h e s e d i d n o t a p p e a r to

b e r e l a t e d t o t h e p i t s o b s e r v e d i n e i t h e r T . E .M . o r S. E . M . H o w e v e r t h i s

i s n o t c o n c l u s i v e p r o o f t h a t i m p u r i t y s e g r e g a t i o n d o e s n o t p l a y a p a r t, a s

t h e l e v e l s n e c e s s a r y 4 ) c a n b e e x t r e m e l y s m a l l a n d l o c a l i s e d a n d w o u l d b e

d i f f i c u l t t o de t e c t e v e n w i t h t h e S . T . E . M . / a n a l y s i s f a c i l i t y 8 ) .

T h e i n h e r e n t a n o d i c n a t u r e o f g r a i n b o u n d a r i e s i s d u e t o t h e n o n e q u i l i b r i u m

a t o m i c s t r u c t u r e w h i c h o c c u r s a t a b o u n d a r y , w h i c h i s r e f l e c t e d i n t h e e n e r g y

a s s o c i a t e d w i t h i t . T h e m a x i m u m e n e r g y d i f f e r e n c e b e t w e e n l o w a n d h i g h a n g l e

b o u n d a r i e s i s a p p r o x i m a t e l y 0 . 5 J m - 2, w h i c h i f c o n v e r t e d t o e l e c t r o c h e m i c a l

p o t e n t i a l i s e q u i v a l e n t t o 1 0 0 m V i. e. a h i g h a n g l e b o u n d a r y m i g h t b e e x p e c t e d

t o b e up t o 1 0 0 m V m o r e a n o d i c t h a n a l o w a n g l e b o u n d a r y . T h e d i f f e r e n c e

i n p i t t i n g p r o t e c t i o n p o t e n t i a l f o r th e t w o m a t e r i a l s u n d e r c o n s i d e r a t i o n

h e r e w a s f o u n d t o be 4 5 m Y , t h u s i t a p p e a r s t h a t t he d i f f e r e n c e s i n t h e g r a i n

b o u n d a r y a n g l e s , a n d t h e r e f o r e t h e e n e r gi e s , i n t h e t w o m a t e r i a l s a s o b s e r v e d

i s s u f f i c i e n t t o a c c o u n t f o r t he i n c r e a s e d s u s c e p t i b i l i t y t o p i t t i n g a t t a c k

o f a r e a s w i t h h i g h a n g l e b o u n d a r i e s .

I t i s n o t p o s s i b l e , f r o m t he r e s u l t s o f t h i s w o r k , t o d e f i n i t e l y a t t r i b u t e

t h e i n c r e a s e d s u s c e p t i b i l i t y t o p i t t i n g s o l e l y t o t h e i n h e r e n t a n o d i c n a t u r e

o f t he h i g h a n g l e b o u n d a r i e s , a l t h o u g h i t d o e s a p p e a r t o b e t h e m o s t l i k e l y

c a u se . I t i s c l e a r h o w e v e r t h a t t h e a r e a s c o n t a i n i n g s u c h g r a i n b o u n d a r i e s

a r e m o r e s u s c e p t i b l e t o p i t t i n g a t t a c k , t h a n a r e a s w h i c h c o n t a i n o n l y lo w

a n g l e b o u n d a r i e s . T h e s e d i f f e r e n c e s i n t e x t u r a l s t r u c t u r e a r e t h e r e f o r e

s u f f i c i e n t t o a c c o u n t f o r d i f f e r e n c e s i n th e m a c r o s c o p i c c o r r o s i o n b e h a v i o u r

o f t h e m a t e r i a l s .

C o n c l u s i o n s

T r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y h a s r e v e a l e d d i f f e r e n c e s i n t h e d e t a i l e d

s t r u c t u r e a n d t e x t u r e o f t h e s e m a t e r i a l s . T h e n a t u r e o f t h e g r a i n b o u n d a r i e s

w i t h i n t h e d i f f e r e n t m a t e r i a l s h a s b ee n d i s c u s s e d a n d th e s i g n i f i c a n c e o f

t h e s e d i f f e r e n c e s w i t h r e s p e c t t o t h e c o r r o s i o n b e h a v i o u r o f t h e m a t e r i a l s

h a s b e e n o u t l i n e d . T h e m a c r o s c o p i c c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e o f t h e t w o a l u m i n i u m

w i r e s h a s b e e n d i s c u s s e d i n t e r m s o f t h e d i f f e r e n c e s i n s t r u c t u r e a n d

o r i e n t a t i o n .

A c k n o w l e d g e m e n t s

I a m i n d e b t e d t o t h e D i r e c t o r o f R e s e a r c h o f t h e E l e c t r i c i t y C o u n c i l f o r

h i s s t i m u l a t i n g i n t e r e s t i n t h i s i n v e s t i g a t i o n , a n d t o M r. W . B . R. M o o r e w h o s e

e a r l i e r i n v e s t i g a t i o n s p r o m p t e d t h e p r e s e n t wo r k .


5/6

V o l . 2 1, N o . 6 C O R R O S I O N O F A 1 W I R E S 7 6 9

eferences

I. Br itish Standard, No. 2627, Wrought aluminium for elec trica l purposes, wire, 1970).

2. D.T. Hughes and W.B.R. Moore, Proc 8th Int . Congress on Metal lic Corrosion, Mainz, 1981.

3. W.R. Hibbard, Jnl. Inst . Metals, 77, 581, 1950.

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5. H. Gleiter , Mat. Sci. and Eng, 52, 91, 1982.

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7. A.P. Bond, G.F. Boiling, H.A. Domia,, and H. Biloni, Jnl. Electrochem. Soc, 113, 773, 1966.

8. M.D. Ball and P.L. Morris, The Metallurgist and Materials Technologist, June, 1979.

M a t e r i a l A M a t e r i a l B

F i g u r e 1 C o m p a r i s o n o f t h e s t r u c t u r e o f t h e t w o m a t e r i a l s , a s v i e w e d i n

l o n g i t u d i n a l s e c t i o n .

(a) (b)

F i g u r e 2. T r a n s v e r s e s e c t i o n o f m a t e r i a l A , d i f f r a c t i o n p a t t e r n w i t h

a 2 ~ m s e l e c t e d a r e a a p e r t u r e .


6/6

7 7 0 C O R R O S I O N O F A 1 W I R E S V o l . 2 1 N o. 6

a ) b )

F i g u r e 3. T r a n s v e r s e s e c t i o n o f m a t e r i a l B d i f f r a c t i o n p a t t e r n w i t h

a 2 ~ m s e l e c t e d a r e a a p e r t u r e .

F i g u r e 4 .

S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e

v i e w i n s i d e a p i t o n

m a t e r i a l B.

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Corrosion in Hard Drawn Alu